Biblioteca Științifică Națională - rolul biologic al hidrolizei în procesele vitale

Eseu pe tema:

Rolul biologic al hidrolizei în procesele de activitate vitală a unui organism

Finalizat: Golovenko A.O.

Profesor: Profesor asociat Rusnyak Yu.I.

Rolul biologic al hidrolizei în procesele de activitate vitală a organismului. ATP.

Hidroliza (descompunerea apei hidrice grecești + liza) - descompunerea substanțelor,

Trecerea cu participarea obligatorie a apei și desfășurarea în conformitate cu schema:

AB + H-OH> AH + BOH

Reacțiile de hidroliză suferă o varietate de substanțe. Așa că

procesul de digestie substanțe moleculare înalte (proteine, grăsimi, polizaharide

și altele) sunt supuse hidrolizei enzimatice cu formarea de

compuși cu conținut scăzut de molecule (respectiv, aminoacizi, acizi grași și

glicerol, glucoză, etc.).

Fără acest proces, asimilarea produselor alimentare nu ar fi posibilă, deoarece

Numai moleculele relativ mici pot fi absorbite în intestin.

Astfel, de exemplu, asimilarea polizaharidelor și dizaharidelor devine posibilă

numai după hidroliza completă prin enzime la monozaharide. În același mod

proteinele și lipidele se hidrolizează la substanțe care numai atunci pot

asimilat. Să luăm în considerare principalele reacții de hidroliză apărute în

Hidroliza proteinelor. Substanțele de proteine ​​constituie o clasă uriașă

organic, adică carbonat, și anume azot carbonic

compuși inevitabil întâlniți în fiecare organism. Rolul proteinelor în

corpul este imens. Fără proteine ​​sau constituenții lor - aminoacizi - nu

Se poate asigura reproducerea elementelor structurale de bază

organelor și țesuturilor, precum și formarea unui număr de substanțe importante,

de exemplu, enzime și hormoni. Proteinele alimentare înainte de a fi utilizate

pentru construcția țesuturilor corporale pre-crăpate. corpul

Nu este proteina alimentară în sine utilizată pentru nutriție, dar elementele sale structurale -

aminoacizi și, probabil, parțial cele mai simple peptide, din care apoi în

celulele sunt sintetizate specifice pentru acest tip de proteine ​​corporale

Fiecare tip de corp, fiecare organ și fiecare țesut conține propria sa caracteristică

proteine, iar atunci când digeră proteine ​​alimentare străine, organismul în primul rând lipsește

specificitatea lor specifică. Înainte de a fi digerate, proteinele trebuie să fie

sunt descompuse în material indiferent. Descompunerea substanțelor proteice la mai mult

simplu, lipsită de specificitatea specifică a compusului, capabilă să fie absorbită

sânge prin pereții intestinului, este transportat în organele digestive

uman și animal prin hidroliză secvențială sub acțiunea unui număr de

În cavitatea orală, proteinele nu sunt afectate de nicio modificare, deoarece în

nu este inclusă compoziția saliva necesară pentru aceste enzime proteolitice.

Digestia proteinelor incepe in stomac.

În tractul gastrointestinal, proteinele alimentare se descompun în aminoacizi

cu implicarea enzimelor proteolitice digestive - peptidohidrolază.

Acest grup de enzime diferă în specificitatea substratului: fiecare dintre acestea

aceste enzime, de preferință (adică, la cea mai mare viteză), se hidrolizează

peptide (fig.1), formate de anumiți aminoacizi. În

Rezultatul acțiunii combinate a tuturor proteinelor digestive proteic peptidil hidrolază

alimentele se descompun complet în aminoacizi. În acest fel, corpul primește

monomeri pentru sinteza proteinelor intrinseci.

În stomac, digestia (adică scindarea hidrolitică)

apare cu acțiunea unei enzime proteolitice pepsină; substanțial

rolul în acest proces este jucat de acidul clorhidric, datorită căruia sucul gastric

are o valoare scăzută a pH-ului (1-2). Sub acțiunea acestui acid eliberat

celulele principale ale pepsinogenului glandelor gastrice se transformă în pepsină.

HCI catalizează acest proces, în timpul căruia o parte a moleculei este separată și

se formează un centru activ al enzimei. Pepsin insusi catalizeaza propriile sale

adică este un autocatalizator.

Pepsinul hidrolizează legăturile peptidice extrase din peptidă

(prin urmare, pepsina este denumită endopeptidaze). Astfel proteinele se descompun

pe polipeptide, aminoacizii liberi nu sunt practic formați.

Digestia proteinelor este completă în partea superioară a intestinului subțire

sub acțiunea enzimelor pancreasului și a celulelor intestinale. Aceste celule

produce un număr de proenzime (tripsinogen, chymotrypsinogen,

prokaropeptidaza A și B, proelastază). După formarea catalitică în

proenzimele situsului activ și scindarea unei părți a moleculelor, aceste proteine

sunt transformate în enzime: Trypsin, Chymotrypsin,

Carbopeptidazele A și B și elastaza.

Tripsina, chimiterpsina și elastaza - endopeptidaze - legături hidrolizate,

situată aproape de mijlocul lanțului polipeptidic. Produsele acțiunii lor

sunt în principal peptide, dar se formează un număr de aminoacizi.

Carboepeptidaza - exopeptidaza. Ei hidrolizează legătura peptidică,

formată de restul terminal de aminoacid. Carbopeptidaza A se descompune

în principal aminoacizi terminali cu un radical hidrofob și

carboxipeptidaza B - reziduurile de lizină și arginină.

Ultima etapă a digestiei are loc cu participarea enzimelor,

sintetizate de celulele intestinale - aminopeptidaze și dipeptidaze. Primul

Aminoacizii terminali sunt scindați din peptide, al doilea hidrolizează dipeptidele.

Astfel, digestia proteinelor alimentare este esența, coerența

reacții de hidroliză catalizate de un număr de enzime.

Hidroliza este, de asemenea, baza sintezei ureei, procedând conform ecuației:

Acest proces este catalizat de enzima arginază și

Procesul invers este sinteza argininei din ornitină (ciclul Krebs-Hanselayt).

Carbohidrații de alimente din tractul digestiv se descompun în monomeri în acțiune

glicozidaze - enzime care catalizează hidroliza legăturilor glicozidice (Fig.2)

Digestia începe deja în cavitatea bucală: saliva conține o enzimă

1,4 - glicozidază),

1,4 glicozidice.

Deoarece alimentele din cavitatea bucală nu durează mult, amidonul este aici

este doar parțial digerat. Locul principal pentru digestia amidonului

servește ca un intestin subțire, în care amilaza intră în compoziția sucului pancreatic

glanda. Amilaza nu hidrolizează legătura glicozidică în dizaharide, deci

Principalul produs al acțiunii amilazei intestinale este dizaharidul maltozei.

Dintre acele resturi de glucoză, care în molecula de amidon sunt conectate 1,6-

glicozidică, se formează o dizaharidă de izomaltoză. În plus, cu alimentele din

organismul primește dizaharide de zaharoză și lactoză (Figura 3), care

hidrolizate de glicozidaze specifice - maltază, izomaltază,

lactaza și respectiv sucroza.

Produse de hidroliză completă a carbohidraților - glucoză, galactoză și fructoză -

prin celulele intestinului intră în sânge.

Hidroliza grăsimilor În colonul 12 se găsește sucul biliar și pancreatic

glandele necesare digestiei grasimilor. În sucul pancreatic

Enzima lipază care catalizează hidroliza legăturii de ester în

triacilglicerol. Deoarece grăsimile sunt insolubile în mediu apos, lipaza

insolubil în grăsimi, hidroliza apare numai la interfața dintre acestea

fazele și, în consecință, rata de digestie depinde de zona în care se află

Compoziția bilă conține acizi biliari conjugați (Figura 5) -

glicocholic și taurocolic. Acești acizi au proprietăți amfifilice.

Pe interfața de grăsime-apă, ele sunt orientate în așa fel încât

Partea ciclică hidrofobă este imersată în grăsimi și hidrofile

laterală - în faza apoasă. Ca rezultat, se formează o emulsie stabilă.

Sub acțiunea lipazei este hidroliza grăsimilor, în timpul căreia grasimea

acizii sunt separați de triacilglicerină unul după altul, mai întâi de la -

atomi de carbon, apoi - din atomul de carbon a (Figura 6)

Se introduc substanțele-monomeri formate în timpul procesului de digerare a alimentelor

într-o serie de reacții. În multe dintre ele ele sunt oxidate, iar energia eliberată la

Această oxidare este folosită pentru a sintetiza ATP din ADP - procesul principal

acumularea de energie în organismele vii. Această energie este necesară pentru

creșterea și funcționarea normală a corpului. O persoană o primește ca a

a unui proces în mai multe etape de oxidare a alimentelor - proteine, grăsimi și carbohidrați,

și datorită hidrolizei anumitor esteri, amide, peptide și

glikozidoa. Cu toate acestea, principala sursă de energie pentru multe biologice

procese - biosinteza proteinelor, transportul ionilor, contracția musculară,

activitatea electrică a celulelor nervoase - este adenozin trifosfat (ATP).

ATP (acidul adenozin trifosforic) aparține organo-bioorganicului

compuși, deoarece constă dintr - o parte organică - adenozină și

partea anorganică - trei grupări fosfatice legate în lanț. La pH (7,0

ATP există ca ATP anionic 4-. deoarece toate grupurile fosfat în acest caz

valoarea indicelui de hidrogen este ionizată.

Hidroliza ATP este înregistrată sub formă de echilibru acid-bază:

ATP 4 + H20 (ADP 3 + HF04 2 + H +

(G0 = -30,5 kJ / mol,

unde ADP 3 este un anion de adenosidifosfat.

După cum se poate observa, hidroliza este asociată cu o scădere a energiei Gibbs

((Go = -30,5 kJ / mol) Hidroliza poate continua până la formare

adenozin monofosfat (AMP) și, în final, la adenozină.

Eliberarea energiei considerabile în timpul hidrolizei a dat temei pentru introducere

un termen special pentru substanțele organofosforice - macro-energetice.

Molecula ATP conține două legături de mare energie (macro-energetică)

În formula chimică, ele sunt în mod tradițional denominate de semn

Molecula ADP doar o singură legătură de energie înaltă; ca urmare a sintezei

ATP prin fosforilare oxidativă este adăugat încă o dată, adică energie

oxidarea substratului este transformată în energia legăturilor chimice din moleculă

Energia eliberată în timpul reacțiilor de hidroliză a diferitelor substanțe, de obicei

nu este mare. Dacă depășește 30 kJ / mol, atunci se cheamă legătura hidrolizabilă

De mare energie. Energia hidrolizei ATP în funcție de localizare

în celulă poate varia de la 40 la 60 kJ / mol. În medie, este luat în considerare

50 kJ / mol.

Tabelul 2 prezintă valorile energiei standard de hidroliză Gibbs

unele fosfați organici.

Tabelul 2: Energii standard Gibbs pentru hidroliza bioorganic

| Conectare | (Go, kJ / mol |

Datele din acest tabel sunt vizibile. Se produce hidroliza unor fosfați

eliberați puțin mai multă energie decât hidroliza ATP, altele -

Principalul mod de sinteză a ATP din ADP este fosforilarea oxidativă. la

acesta este ADP fosforilat de fosfat anorganic:

ADP + H3PO4 + Energie> ATP + H2O

Reacția este cuplată energetic cu transferul de hidrogen cu

reduc coenzimele la oxigen. La acest transfer este eliberat

cea mai mare parte a energiei este oxidabilă. Energia sintezei apei din H2 gazos

și O2 este de 230 kJ / mol. Practic, același lucru se obține dacă

se utilizează hidrogen. Inclus în compoziția compușilor organici.

Cuplarea energetică a reacțiilor de transport pe bază de hidrogen și a sintezei ATP

apare cu participarea membranei mitocondriale și sintetazei H + -ATP.

O altă modalitate de sinteză a ATP din ADP este fosforilarea substratului. În asta

Mecanismul de interfață nu necesită participarea membranelor.

Esența hidrolizei este transferul de grupări fosfat din

compuși care, în timpul hidrolizei, eliberează mai multă energie decât ATP, la

compușii fosforilați care eliberează mai puțină energie liberă la

hidroliză decât ATP.

În consecință, ATP funcționează în celule ca un intermediar,

Reacțiile de transfer de energie și de conjugare, însoțite de eliberarea și

Atunci când se separă compuși organici complexi, de exemplu,

oxidarea glicemiei, o cantitate mare

cantitate de energie. O parte semnificativă a acesteia este stocată datorită conjugatului

sinteza ATP și ADP și a fosfatului anorganic (figura 8). Cu participarea lui

enzima specifică - fosfotransferază - o grupă fosfat din

compusul organofosforic R1 este un fosfat cu o valoare mai mare decât ATP,

energie, este transferată prin ADP. Aceasta duce la formarea ATP:

R1-fosfat + ADP (R1H + ATP

ATP, la rândul său, sub acțiunea unei alte transporturi enzimatice

end grup de fosfați pe moleculă de compuși organici cu o cantitate mai mică

energie decât ATP, stocând astfel energie în ele. În același timp,

R2H + ATP (R2-fosfat + ADP,

unde R1-fosfatul este un compus organofosforic cu o energie mai mare decât

ATP; R2-fosfatul este un compus organofosforic cu o energie mai mică decât

Energia hidrolizei ATP este, la rândul ei, utilizată pentru a asigura

diverse procese endergonice. Reacția de fosforilare a ADP și

utilizarea ulterioară a ATP ca formă de sursă de energie

Energia substanțelor oxidabile

Exemplele considerate demonstrează rolul colosal al hidrolizei în

procesele vieții: se bazează pe procesele de nutriție

și izolarea, menținerea homeostaziei (constanța mediului) și redistribuirea

Lista literaturii utilizate:

1. Nikolaev A. Ya. Chimie biologică - M. OOO "Medical

2. Glinka, NL Chimie generală. Izd.19-lea. "Chimie", 1977.

3. Curs de chimie organică de la Stepanenko BN. Ediția a treia. M .:

Liceul, 1979

4. Endiklopediya mare medical. M .: Enciclopedia sovietică,

5. Chimia generală. Chimie biofizică. Chimia elementelor biogene. M .:

Articole similare